回采巷道注漿錨索加固機理及支護優化的實踐

王 偉

（山東華源礦業集團有限公司友眾煤業，山東 新泰 271200）

1 概況

友眾煤業3#煤層厚度為1.33～2.78 m，平均厚度2.16 m；含1～2 層夾矸，夾矸厚度為0.24～0.56 m，平均厚度0.39 m；煤層傾角為3°～12°，平均傾角8°。30104 工作面運輸巷位于+1085 m 水平一采區，存在斷層、仰采、偽頂破碎、頂板淋水、煤壁松軟等難點，30104 運輸巷在掘進過程中預計揭露F59、F92 斷層，巷道布置情況如圖1。

圖1 30104 工作面運輸巷道布置平面圖

3#煤頂板為砂質泥巖、泥巖，內生節理發育，易冒頂，頂板較難管理，平均厚度23.92 m；底板為泥巖和砂質泥巖，性脆，節理發育，平均厚度5.85 m。泥巖頂板抗壓強度27.6～90.7 MPa，整體強度不太高；底板抗壓強度64.1～74.2 MPa，整體強度偏低。頂板來壓時強度較低部分頂板容易發生破壞，進而造成整個頂板失穩。

30104 運輸巷長度為1 625.7 m，為矩形斷面，斷面寬度× 高度=4.5 m×3 m。掘進過程中受30215 工作面采動應力及斷層影響，巷道在520～570 m 之間的區域段頂板出現的離層和破碎問題較為嚴重，必須要對巷道原來的支護進行優化和加固。

2 巷道原支護方式

30104 運輸巷為半煤巖巷掘進，采用“錨桿+錨索+鋼筋網+梯子梁+金屬棚子”聯合支護，方案為：

（1）頂板。頂板采用“錨桿+錨索”支護，每排布置3 根錨桿+3 根錨索。錨桿規格為Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿，間排距為800 mm×1000 mm，每孔使用CKa2350 型和ck2360 型錨固劑各一卷；錨索規格為Φ21.6 mm×6500 mm鋼絞線，每根錨索使用2 卷CK2360 的樹脂錨固劑端頭錨固，間排距800 mm×1000 mm，錨索托盤為300 mm×300 mm×15 mm 的Q235 鋼板。

（2）兩幫。兩幫采用“錨桿+梯子梁+鐵公網”永久支護，每排每幫布置3 根。錨桿規格為Φ20 mm×2200 mm 左旋螺紋鋼錨桿，間排距為1000 mm×1000 mm，每孔使用CKa2350 型和ck2360 型錨固劑各一卷，每排最上1 根錨桿與頂板的距離設置為300 mm。30104 工作面運輸巷道原支護方式如圖2。

圖2 30104 運輸巷道原支護方式示意圖（mm）

3 注漿錨索加固機理

中空注漿錨索由中空錨桿體、托盤、索具、錨頭、止漿塞、螺母等部件組成 ，采用螺旋肋預應力鋼絲加工而成。中空注漿錨索對破碎圍巖巷道的加固機理如下：

（1）網絡骨架作用。注漿加固施工過程中，漿液擠壓或滲透至煤巖體裂隙中，漿液在煤巖體裂隙中固結后組成了網絡骨架，起到了加固作用。

（2）黏結補強作用。巷道在掘進過程中破壞了原煤巖體的應力平衡，巷道圍巖應力重新調整，漿液在煤巖體裂隙中固結后的黏結補強作用有效地提高了巷道圍巖的穩定性。

（3）對巷道圍巖形成的壓密作用。注漿漿液可充填至封閉裂隙和孔隙，對煤巖體起到壓密作用，提高巷道圍巖的穩定性。

（4）中空注漿錨索與錨網索聯合支護方案可有效提高巷道穩定性，提高支護效果。

4 注漿錨索加固巷道優化方案

4.1 優化支護方案

基于30104 運輸巷頂板地質條件分析，在30104 運輸巷原有支護方式基礎上，對其進行中空注漿錨索加固優化支護方案設計[1-6]，如圖3。

圖3 30104 運輸巷優化支護方案示意圖（mm）

中空注漿錨索確定選用Φ22 mm×7300 mm，錨索托盤規格為300 mm×300 mm×16 mm，錨固劑選用MSZ2835。在巷道原支護每2 排錨桿中間位置打設注漿錨索，間排距1600 mm×2000 mm，距巷道中心線距離800 mm，錨索長度7300 mm。

4.2 注漿施工流程與工藝分析

注漿施工的流程和工藝：

（1）采用頂板錨桿鉆機按間排距1600 mm×2000 mm 鉆注漿錨索鉆孔。

（2）壓風掃孔。打完注漿錨索鉆孔后，對孔內泥水和巖煤粉進行清理。

（3）安裝注漿錨索及止漿塞。給打好的注漿錨索鉆孔內裝入錨固劑→裝入2 卷MSZ2835 樹脂錨固劑→啟動錨桿機將錨固劑頂入孔底→攪拌15～25 s →錨桿機落下、退出錨桿機→鋼絞線外露150～250 mm →距錨索端頭300 mm 位置安裝止漿塞。

（4）安裝錨索托盤張拉預緊，預緊力≥180 kN。

（5）安裝球形閥及注漿管。根據注漿孔深度安裝已準備好的注漿管，注漿管安裝前要用棉紗纏在馬牙扣上，用打管器把注漿管打牢、固定好。注漿管安好后，先安球形閥，再安四通及卸壓閥，最后連接注漿管。

（6）注漿管路連接好后，打開其他注漿管閥門，開始注漿。根據進漿情況，注意注漿壓力，串漿立即關閉該孔閥門，達到設計注漿壓力，即可停止注漿。關閉注漿閥門時，打開卸壓閥，沖洗注漿泵。

（7）注漿完畢后必須開啟注漿泵上的卸壓球閥，待注漿管路內壓力釋放后，卸下注漿器，將絲堵擰緊上牢。

5 效果分析

為有效檢驗30104 運輸巷頂板注漿錨索加固支護優化后的效果，在30104 運輸巷原支護方式巷道內布置測站1，在注漿錨索加固支護優化后巷道內布置測站2，觀測時間設置為80 d，對注漿錨索加固支護優化后的支護效果進行對比分析。如圖4。從圖4 分析可知：30104 運輸巷原支護方式巷道內頂板最大下沉量為273 mm，兩幫最大移近量為76 mm，在注漿錨索加固支護優化后巷道頂板最大下沉量17 mm，兩幫最大移近量58 mm，減小幅度達到93.8%；兩幫移近量從76 mm 減小至58 mm，30104 運輸巷頂板變形量降低后，也提高了兩幫穩定性。

圖4 測站1 和測站2 巷道圍巖變形量